10第7章升降台式铣床主轴变速箱设计的特点.docVIP

第7章 升降台式铣床主轴变速箱设计的特点 前面对车床主轴变速箱设计的一些基本问题的讨论，同样适用于铣床主轴变速箱的设计，但铣床有它本身的一些特点。 7.1铣削与传动系统设计 铣削过程中，铣床主轴一般不需要反转，更不需要频繁换向，因此没有必要在I轴安置正反转离合器，以及由此而限制该轴传动副、的数目（如I轴安置离合器时，往往只能安排2个传动副，尽至用定比传动），在设计中可以按照一般原则选择理想的传动方案。 X62W升降台铣床采用：31× 23× 26（见图7.la）。 FA 5 H采用：41× 34×24（见图7.1b）。 铣削过程是断续切削的，运转中需要储存动量而要大的转动惯量，铣床又具有大的箱体空间，因而在传动设计中不需要回避使用大直径的齿轮，即可以比较随意地采用极限传动比，umin≥4的传动。 图7.1 铣床的主运动传动系统图 7.2铣削与飞轮 铣削是断续切削的，主轴负载呈周期性变化，变化的程度与同时参加切削的刀刃数有关。由于电机的机械特性和传动系统的扭转刚度等因素的影响，负载的变化会引起主轴转速的不均匀（见图7.2），使加工质量降低。一般希望转速的变化不要大于3～4%。 在其他条件相同的情况下，传动系统的转动惯量Jz（折算到主轴上）越大，转速的不均匀度越小，两者为双曲线关系（见图7.3）。——主轴的平均转速。 图7.2 断续切削飞轮的作用 图7.3 转动惯量Jz与不均匀度δ的关系 为了使主轴转速均匀，铣床主运动系统里一般都要考虑加飞轮。飞轮设计要考虑以下几个问题： ①飞轮形状 圆柱体（外径为D，长度为L）的转动惯量的计算公式为： 式中，——密度 （kg/m3）； m——质量 （kg）。 从上式中的J与D、L的关系中可以看出：用同样的材料，加大直径比加大长度可以获得更大的转动惯量。 ②飞轮轴的转速与转动惯量 折算到主轴上的转动惯量为： 式中，J——飞轮转动惯量（kg·m2）； ——飞轮转速（1/s）； ——主轴转速（1/s）。 当＞时，＞。因此飞轮装在高速轴上，效果更好。 ③飞轮在轴上的位置 从吸收和输出能量的作用看，飞轮与刀具之间形成一对反复变化的力矩。二者之间如果有齿轮传动，由于不可避免存在齿侧间隙，容易产生冲击，由于传动链的扭转变形会引起扭振。因此，飞轮应尽可能装在主轴上，而且靠近前轴承处（见图7.4) 图7.4 飞轮在轴上的位置 ④飞轮装在主轴上 机床一般在高速时主轴转速比前一轴转速高，低速时则相反．因此在高速时飞轮装在主轴上效果好。而在低速时，装在前一轴上效果好。一般装在主轴上，以保证高速时均匀性好。 有的机床传动设计上兼顾了两种情况。（见图7.4）一个较大的直径带轮起飞轮作用。高速时皮带轮直接带动主轴，相当于飞轮装在主轴上。低速时皮带轮通过背轮驱动主轴，皮带轮装在主轴前的第二根轴上，转速比主轴高得多，保证了低速时的均匀性。 ⑤转动惯量要适当 一般说，飞轮的转动惯量大，转动均匀性好。但转动惯量对均匀性是双曲线关系，到一定程度转动惯量的影响就不明显，反使启动和制动时间加长。 7.3主轴头结构与铣刀类型 铣床的主轴用于安装刀具。不同刀具，采用不同的安装方法。 ①三面刃铣刀或圆柱铣刀（见图7.5）：这类铣刀本身不带锥柄，是装在带锥柄的心轴上，然后由通过内孔的拉杆拉紧。 ②带锥柄的立铣刀：将锥柄直接插入主轴锥孔，锥柄上有螺纹孔。由通过内孔的拉杆拉紧。 ③直径较大的端铣刀（见图7.6）：这类铣刀不带锥柄，而用主轴端部外圆定心，并用螺钉固定在主轴端部。 ④带圆柱尾柄的立铣刀：这类铣刀是通过带锥柄的刀夹装到主轴锥孔中。 图7.5 铣床主轴安装刀具的结构 图7.6 端铣刀安装结构 为了便于装卸，铣床主轴不用莫氏锥孔，而是用7:24的锥孔。主轴是通过端面的两个键把扭矩传递给刀具的。 铣床主轴头部的形状和尺寸都已标准化，其规格如图7.7和表7.1所示。 图7.7 铣床主轴7:24的锥孔结构 表7.1 主轴端部（内孔锥度了7:24）尺寸 mm 铣床主轴的内孔用于通过拉杆，直径比车床内孔直径要小些。 7.4主运动的反向和制动 铣床主轴一般不需要反转，更不需要频繁换向。因此，由开关实现电机正反转变换即可。 铣床主运动制动可采用各种方式。有用电磁制动器，也可采用电机反接制动和能耗制动。反接制动的原理是将三条电源线中的任意两条互相换接，产生一个与原来旋转方向相反的旋转磁场而实现制动。当速度减到某一值时要用速度继电器断开反接电路，避免电机反转。